远距离激光环耦合量子系统

研究人员首次成功地在远距离上建立了量子系统之间的强耦合。他们用一种新的方法实现了这一点，在这种方法中，一个激光回路连接了系统，使得信息几乎可以无损地交换，并且它们之间有很强的相互作用。巴塞尔大学和汉诺威大学的物理学家在《科学Science》杂志上报告说，这种新方法在量子网络和量子传感器技术方面开辟了新的可能性。 >>[G1  
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量子技术是目前世界上最活跃的研究领域之一。它利用原子、光或纳米结构的量子力学状态的特殊性质，开发出新型的医学和导航传感器、信息处理网络和强大的材料科学模拟器。产生这些量子态通常需要相关系统之间的强相互作用，例如几个原子或纳米结构之间的相互作用。 4H@Wc^K  
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然而，到目前为止，足够强的相互作用仅限于短距离。通常，两个系统必须在低温下放置在同一芯片上，或放置在同一真空室中，它们通过静电或静磁力相互作用。然而，对于许多应用，如量子网络或某些类型的传感器，需要将它们耦合到更大的距离。 Wb S4pdA  
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由巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所（SNI）的飞利浦·特雷特林（Philipp Treutlein）教授领导的一个物理学家团队，目前首次成功地在室温环境中，在更大距离上建立了两个系统之间的强耦合。在他们的实验中，研究人员利用激光将100纳米薄膜的振动与原子在一米距离内的自旋运动耦合起来。因此，膜的每一次振动都会使原子的自旋运动，反之亦然。 D%JlbH8  
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光环起到机械弹簧的作用 86z]<
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这个实验是基于研究人员和汉诺威大学的理论物理学家克莱门斯·哈默（Klemens Hammerer）教授共同开发的一个概念。它包括在两个系统之间来回发射一束激光。“然后，光的行为就像一个拉伸在原子和膜之间的机械弹簧，并在原子和膜之间传递力，”托马斯卡格（Thomas Karg）博士解释道，他在巴塞尔大学的博士论文中进行了这些实验。在这个激光回路中，可以控制光的性质，使得没有关于两个系统运动的信息丢失到环境中，从而确保量子力学相互作用不受干扰。 [TNj;o5J  
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研究人员现在首次成功地在实验上实现了这一概念，并将其用于一系列实验。“量子系统与光的耦合是非常灵活和多用途的，”特雷特林（Treutlein）解释说，“例如，我们可以控制系统之间的激光束，从而产生对量子传感器有用的不同类型的相互作用。” EM\'GW  
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量子技术的新工具 n-DVT;y  
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除了将原子与纳米机械膜耦合外，这种新方法还可用于其他一些系统中，例如，当耦合用于量子计算研究的超导量子比特或固态自旋系统时。光介导耦合的新技术可用于互连此类系统，从而创建用于信息处理和模拟的量子网络。特雷特林确信：“这是一个新的，对我们的量子技术工具箱非常有用的工具。” j;+?HbL  
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原文来源：https://phys.org/news/2020-05-laser-loop-couples-quantum-distance.html